Question

20．ClO₂是一种广谱、高效的杀菌消毒剂，具有强氧化性，熔点为-59℃，沸点为11.0℃，不稳定，易溶于水．某研究小组在60℃时用硫铁矿还原氯酸钠制取并收集二氧化氯．

（1）三颈烧瓶中加入NaClO₃溶液、浓H₂SO₄，通入空气，温度为60℃时，通过固体加料器缓慢匀速加入硫铁矿粉末．反应开始时烧瓶内发生反应的离子方程式如下，请配平：
15 ClO₃^-+1 FeS₂+14 H⁺=15 ClO₂+1 Fe³⁺+2 SO₄^2-+7 H₂O
（2）凝集装置B必须添加温度控制装置，应该是冰水浴装置．
（3）装置D的作用是检验ClO₂是否吸收完全．
（4）反应后在装置C中可得NaClO₂溶液．已知NaClO₂饱和溶液在温度低于38℃时析出晶体是NaClO₂•3H₂O，在温度高于38℃时析出晶体是NaClO₂．请补充从NaClO₂溶液中制得NaClO₂晶体的操作步骤：
①蒸发结晶；②趁热过滤；③洗涤；④干燥．
（5）用水吸收ClO₂可得到ClO₂溶液．为测定所得溶液中ClO₂的含量，进行了下列实验．：
步骤1：准确量取ClO₂溶液10mL，稀释成100mL试样，量取V₁ mL试样加入到锥形瓶中．
步骤2：调节试样的pH≤2.0，加入足量的KI晶体，静置片刻．
步骤3：加入淀粉指示剂，用c mol/L Na₂S₂O₃溶液滴定至终点，消耗Na₂S₂O₃溶液V₂mL．
（已知2Na₂S₂O₃+I₂=Na₂S₄O₆+2NaI）
①写出步骤2中发生反应的离子方程式2ClO₂+10I^-+8H⁺=2Cl^-+5I₂+4H₂O．
②原ClO₂溶液的浓度为$\frac{135CV{\;}_{2}}{V{\;}_{1}}$g/L（用含字母的代数式表示）．

Answer 1

分析 （1）NaClO₃与FeS₂的反应中，氯从+5价变为+4价，铁从+2价变为+3价，硫从-2价变为+6价，根据化合价升降法结合电荷守恒和元素守恒配平离子方程式；
（2）ClO₂熔点为-59℃，沸点为11.0℃，B中要收集ClO₂，要有冰水浴；
（3）ClO₂有强氧化性，能使品红褪色，通过品红可以判断ClO₂是否吸收完全；
（4）从溶液中制取溶质，一般采用蒸发结晶、过滤、洗涤、干燥的方法；
（5）①ClO₂有强氧化性，在酸性条件下将碘离子氧化成碘单质，同时生成氯离子，根据电荷守恒和元素守恒书写离子方程式；
②根据关系式2ClO₂～5I₂～10Na₂S₂O₃计算c（ClO₂）．

解答 解：（1）NaClO₃与FeS₂的反应中，氯从+5价变为+4价，铁从+2价变为+3价，硫从-2价变为+6价，根据化合价升降法结合电荷守恒和元素守恒配平离子方程式为15ClO₃^-+FeS₂+14H⁺=15ClO₂+Fe³⁺+2SO₄^2-+7H₂O，
故答案为：15；1；14；15；1；2；7；
（2）ClO₂熔点为-59℃，沸点为11.0℃，B中要收集ClO₂，要用冰水浴装置，
故答案为：冰水浴；
（3）ClO₂有强氧化性，能使品红褪色，所以装置D的作用是检验ClO₂是否吸收完全，
故答案为：检验ClO₂是否吸收完全；
（4）从溶液中制取溶质，一般采用蒸发结晶、过滤、洗涤、干燥的方法，防止析出晶体NaClO₂•3H₂O，趁热过滤，
故答案为：蒸发结晶；趁热过滤；
（5）①ClO₂有强氧化性，在酸性条件下将碘离子氧化成碘单质，同时生成氯离子，反应的离子方程式为2ClO₂+10I^-+8H⁺=2Cl^-+5I₂+4H₂O，
故答案为：2ClO₂+10I^-+8H⁺=2Cl^-+5I₂+4H₂O；
②设原ClO₂溶液的浓度为x，
      2ClO₂～5I₂～10Na₂S₂O₃
      2mol            10mol
$\frac{10{\;}^{-2}x×V{\;}_{1}×10{\;}^{-3}}{1{0}^{-1}}$  1×10^-3cV₂mol
x=$\frac{2cV{\;}_{2}}{{V}_{1}}$mol/L=$\frac{135CV{\;}_{2}}{V{\;}_{1}}$g/L，
故答案为：$\frac{135CV{\;}_{2}}{V{\;}_{1}}$．

点评 本题考查物质的制备、对信息的利用、对装置的理解、氧化还原反应等，理解反应原理，掌握实验基本操作是解题的关键，同时考查学生分析问题、解决问题的能力，难度较大，注意氧化还原反应的计算．